光伏并網(wǎng)電流直流分量的成因和抑制

【摘要】：在生態(tài)環(huán)境與能源的雙重壓力下，提高清潔能源在整個能源消費結(jié)構(gòu)中的比重越發(fā)重要。太陽能作為可再生能源，具有清潔、安全、總量大、分布廣等特點，是理想的替代能源之一，而無變壓器光伏并網(wǎng)逆變器的廣泛使用帶來了直流注入等問題。為解決該問題，本文設(shè)計了H橋拓撲的單相并網(wǎng)逆變器，重點研究光伏并網(wǎng)電流中直流分量的成因以及抑制辦法。 首先，對光伏逆變系統(tǒng)中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)進行了簡單的介紹，包括光伏電池的輸出特性、單相并網(wǎng)逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)、最大功率跟蹤算法、孤島監(jiān)測以及光伏設(shè)備試驗認證相關(guān)標準。 接下來重點分析了并網(wǎng)電流直流分量的成因以及其可能帶來的危害，并從原理上將其分為兩種類型：偏移型直流分量以及非線性直流分量。結(jié)合具體的應(yīng)用電路，分析了產(chǎn)生直流分量的主要原因。 總結(jié)目前所提出的解決直流注入問題的方法，并深入分析其原理，總結(jié)各類直流抑制方法的特點，在此基礎(chǔ)上提出了基于積分補償?shù)闹绷饕种品椒?。該方法的基本思想是：并網(wǎng)電流一個周期波峰與波谷附近的幾十個采樣點相加補償并網(wǎng)電流，一個周期調(diào)節(jié)一次。其主要優(yōu)點是：不需要精確地測量當前直流分量的確切大小，對測量元器件的精度要求不高；方法簡單有效，只需要占用很少的資源；實際應(yīng)用中對電流并網(wǎng)控制算法的性能影響較??；能夠應(yīng)用于任何電流控制的并網(wǎng)逆變器中，應(yīng)用范圍廣。 最后，設(shè)計了額定功率2kW的單相兩級式并網(wǎng)逆變器，采用優(yōu)化的擾動算法完成最大功率跟蹤，無差拍算法完成并網(wǎng)電流控制。在MATLAB/simulink中建立并網(wǎng)仿真模型，仿真測量元器件零點漂移對于并網(wǎng)直流分量的影響，對所提出的積分補償直流抑制算法進行了理論驗證。隨后，在實驗室中搭建了一套光伏并網(wǎng)逆變設(shè)備，實現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電。同時在測量回路中分別使用不同性能的運算放大器，并記錄直流分量的大小。經(jīng)過實驗驗證，加入積分補償直流抑制算法之后，并網(wǎng)電流中的直流分量達到了IEEE的規(guī)定。 【關(guān)鍵詞】：單相光伏并網(wǎng) 直流分量成因 直流抑制 無差拍算法
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM464;TM615
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 研究光伏發(fā)電的意義10
• 1.2 光伏利用的現(xiàn)狀與趨勢10-12
• 1.2.1 光伏發(fā)電利用的現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢11-12
• 1.3 光伏并網(wǎng)逆變器的分類12-15
• 1.3.1 按是否并入并網(wǎng)分類12-14
• 1.3.2 按變壓器分類拓撲14-15
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容15-17
• 第二章 光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)17-31
• 2.1 光伏電池17-19
• 2.1.1 光伏電池的分類17-18
• 2.1.2 光伏電池的輸出特性18-19
• 2.2 產(chǎn)品認證實驗相關(guān)標準19-21
• 2.3 拓撲結(jié)構(gòu)21-25
• 2.3.1 基本拓撲21-23
• 2.3.2 下一代光伏逆變器拓撲23-25
• 2.4 控制算法25-30
• 2.4.1 最大功率跟蹤25-28
• 2.4.2 孤島檢測28-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 單相光伏并網(wǎng)逆變器直流注入問題的成因31-35
• 3.1 直流注入的危害31-32
• 3.2 直流分量的類型32-33
• 3.3 直流分量的成因33-34
• 3.4 本章小節(jié)34-35
• 第四章 目前提出的解決方法35-55
• 4.1 可抑制直流分量的拓撲35-37
• 4.1.1 半橋拓撲35-36
• 4.1.2 單相三電平二極管鉗位式拓撲36-37
• 4.2 檢測補償法37-43
• 4.2.1 自校正電流檢測38-40
• 4.2.2 并聯(lián)變壓器感應(yīng)檢測法40-41
• 4.2.3 兩級 RC 一階電路檢測法41-43
• 4.3 積分檢測法43-45
• 4.4 電容隔直法45-50
• 4.4.1 直接串聯(lián)隔直電容46-47
• 4.4.2 虛擬電容法47-50
• 4.5 本文提出的抑制直流注入的算法50-53
• 4.5.1 積分補償算法介紹50-53
• 4.5.2 簡化的積分補償算法53
• 4.6 展望并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中直流抑制問題53-54
• 4.7 本章小結(jié)54-55
• 第五章 光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)計55-78
• 5.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖55-57
• 5.2 逆變電路的設(shè)計57-65
• 5.2.1 前級升壓型轉(zhuǎn)換器57-59
• 5.2.2 電感與濾波電容的設(shè)計59
• 5.2.3 逆變器拓撲的選擇59-61
• 5.2.4 開關(guān)管的選擇61-62
• 5.2.5 直流側(cè)電容的選擇62-63
• 5.2.6 輸出濾波電感與電容的設(shè)計63-65
• 5.3 控制算法的設(shè)計65-74
• 5.3.1 最大功率因素跟蹤算法65-67
• 5.3.2 無差拍并網(wǎng)逆變控制算法67-70
• 5.3.3 積分補償直流抑制70-74
• 5.4 試驗樣機結(jié)果及分析74-77
• 5.5 本章總結(jié)77-78
• 第六章 總結(jié)與展望78-79
• 致謝79-80
• 攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文80-81
• 參考文獻81-86

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